一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸?shù)南到y(tǒng)化編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于數(shù)字通信和數(shù)字存儲領(lǐng)域，公開了一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸?shù)南到y(tǒng)編碼方法，包括以下步驟：一、將長度為kL的信息序列u劃分為L個等長分組u＝(u(0),u(1),…,u(L?1))；對于t＝?1,?2,…,?(m?1),?m時刻，把長度為k的序列初始化。二、在t＝0,1,…,L?1時刻，首先重復(fù)u(t)N次，設(shè)置時，設(shè)置然后結(jié)合計算子序列最后構(gòu)成了碼字c的第t個子序列。本發(fā)明方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，復(fù)雜度低，適用于(0,1)之間任何碼率，同時，系統(tǒng)的編碼也使得信息序列可以從碼字中直接獲得，最后，可以實現(xiàn)效率、性能之間和復(fù)雜度之間的折衷。
【專利說明】
一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸?shù)南到y(tǒng)化編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字通信和數(shù)字存儲領(lǐng)域，特別涉及一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸 的系統(tǒng)編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自從Turbo碼的發(fā)明和低密度奇偶校驗碼(LDPC)碼的重新發(fā)現(xiàn)之后，構(gòu)造一個好 的編碼方法成為了本領(lǐng)域的一個熱門研究話題。最近的研究成果包括極化碼的發(fā)明和空間 耦合低密度奇偶校驗碼(SC-LDPC)碼的蓬勃發(fā)展，均表明對于無記憶的輸入輸出對稱信道， 香農(nóng)限是可達到的。盡管如此，我們?nèi)韵Ｍ玫礁屿`活的構(gòu)造方法。尤其是在實際中，我 們想設(shè)計一種既能夠適用于很寬的碼率范圍，同時又可以保持相同的編譯碼硬件模塊的編 碼方法。碼率兼容碼(Rate-Compatible Codes，RC碼），是一種常見的多碼率碼。這一類碼通 常由一個母碼進行信息位縮短和對校驗位進行擴展或打孔而得到。對于碼率兼容碼，不同 碼率的碼長是不一樣的。舉例來說，我們對一個碼率很低的母碼進行打孔，從而實現(xiàn)更高的 碼率。然而，有限碼長、高碼率的打孔碼可能比獨立編碼性能差。為了克服這一點，可以通過 擴展的碼率適應(yīng)碼來實現(xiàn)，舉例來說就是擴展一個高碼率碼的校驗矩陣來得到低碼率碼。 無論是打孔還是擴展都是復(fù)雜的，因此我們都還是需要優(yōu)化的。
[0003] 分組馬爾可夫疊加編碼（中山大學(xué)，一種分組馬爾可夫疊加編碼方法[P]: CN103152060A)是一種由短碼構(gòu)造的大卷積碼的編碼方法，其中，短碼稱為基本碼。分組馬 爾可夫疊加編碼的性能下界可以由基本碼的性能及其編碼記憶長度m來界定，對于編碼記 憶長度為m的分組馬爾可夫疊加編碼其誤比特率性能相對于基本碼的誤比特率性能最多可 以有101〇g 1Q(m+l)dB的增益。分組馬爾可夫疊加編碼可以通過一種兩階段的譯碼算法（中山 大學(xué)，一種關(guān)于分組馬爾可夫疊加編碼的兩階段譯碼算法[P]:CN103944590A)來譯碼。分組 馬爾可夫疊加編碼是靈活的，可以適用于(〇，1)之間任何碼率（中山大學(xué)，一種基于分組馬 爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法[P]:CN103888151A)。
[0004] 但是，傳統(tǒng)的分組馬爾可夫疊加編碼既不是系統(tǒng)的，也不是碼率兼容的。而且，由 于錯誤傳播，傳統(tǒng)的分組馬爾可夫疊加編碼在塊衰落信道性能偏差。值得注意的是，系統(tǒng)碼 在實際中是更加具有吸引力的，因為信息可以直接從碼字中得到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于分組 馬爾可夫疊加傳輸?shù)南到y(tǒng)編碼方法，其方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，復(fù)雜度低，適用于(〇，1)之 間任何碼率，同時，系統(tǒng)的編碼也使得信息序列可以從碼字中直接獲得，最后，可以實現(xiàn)效 率、性能和復(fù)雜度之間的折衷。
[0006] 解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸 的系統(tǒng)編碼方法，其特征在于該方案包括以下步驟：
[0007] (1)將長度為kL的信息序列^劃分為L個等長分組^^(^^'…，^^。，設(shè)置記 憶長度m為大于或等于1的正整數(shù)，對于〖=-1，-2，~，-〇11-1)，-111時刻，把長度為1^的序列 :^ 初始化。
[0008] (2)在t = 0，l，…，L-1時刻，首先重復(fù)H(t)N次，其中N為大于1的正整數(shù)；設(shè)置 4)4/)，對于1幻^^-1，設(shè)置：^)=：，，然后結(jié)合;^ 1),;^2)，~,#-")計算子序列￡；'最后
構(gòu)成了碼字g的第t個子序列。其中，長度為k-kP的序列&\是 對長度為序列的kP個位置隨機打孔獲得。計算按如下步驟進行：
[0009] (2a)對于將序列η"送入第（i，j)個交織器Π^，得到交織后的長度為k 的序列
[0010] (2b)計j
連加運算"Σ"按逐比特模2運算法則運算。
[0011]上述的編碼方法，步驟(2)中，設(shè)置參數(shù)kP，當kP = 0時獲得的系統(tǒng)碼的碼率為
當o<kP<k時獲得的系統(tǒng)碼的碼率） |，打孔比例沒=t。 K
[0012] 上述的編碼方法，步驟(2a)中，交織器n^(0<i<N-l，0<j<m)是任意類型的交 織器。
[0013] 上述的編碼方法，在步驟(2)之后，為了獲得更好的性能，可增加以下步驟:在t = L，L+l，~，L+m-l時刻，設(shè)置H(t)=^，循環(huán)步驟(2)，計算出并把^ (t)的校驗部分作為t時 刻的發(fā)送序列。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0015] 1、本發(fā)明方法步驟簡單，復(fù)雜度低，實現(xiàn)方便，可使用與原有系統(tǒng)相同的編譯碼硬 件模塊，便于推廣使用。
[0016] 2、本發(fā)明在一個碼率很廣的范圍內(nèi)表現(xiàn)很好，并適用于(0，1)之間任何碼率。
[0017] 3、本發(fā)明采用系統(tǒng)化的編碼，信息序列可從碼字中直接獲得。
[0018] 4、本發(fā)明提供了一種效率、性能和復(fù)雜度的折中，可為運營商和用戶提供多樣的 可選擇的服務(wù)。
[0019] 綜上所述，本發(fā)明方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，復(fù)雜度低，適用于（0，1)之間任何碼 率，同時，系統(tǒng)的編碼也使得信息序列可以從碼字中直接獲得，最后，可以實現(xiàn)效率、性能之 間和復(fù)雜度之間的折衷。
[0020] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細敘述。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的編碼框圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明使用k = 500的碼率兼容碼在BPSK-AWGN信道上的BER性能曲線。
[0023]圖3為本發(fā)明使用k = 500的碼率兼容碼在BPSK-AWGN信道上與香農(nóng)限的關(guān)系曲線。
【具體實施方式】
[0024] 實施例1
[0025] 參照圖1，長度為kL = 500X500的二元信息序列^劃分為L = 500個等長分組 ⑶，Ηω，…，H(49，，每個分組長度為k = 500。編碼后的碼，…4(499, €長? 為虬+讓0-1)(1^111)-1^(1^111)=5〇〇\5〇〇+5〇〇0-1)(5〇〇+111)-1^(5〇〇+111)，其中叱111，1^采用如 下 10種組合：{N=2，m=40，kP = 375}，{N=2，m=24，kP = 250}，{N = 2，m=19，kP=125}，{N = 2，m=16，kP = 0}，{N=3，m=15，kP = 250}，{N=3，m=14，kP = 0}，{N = 4，m=14，kP = 250}，{N = 4，m=14，kP = 0}，{N = 5，m=13，kP = 0}，{N = 6，m=13，kP = 0}。獲得的碼對應(yīng)的碼率分別 為0·7874,0·6562，0· 5623，0·4921，0·3929,0· 3272，0· 2801，0· 2449，0· 1959，0· 1631。如圖 1 所示，具體的編碼步驟如下：
[0026] (1)將長度為kL = 500 X 500的二元信息序列η劃分為500個等長分組(H(Q)，Η (1)，…，?(499))，同時在t<〇時刻，把長度為500的序列f初始化為全零序列，即設(shè)置if =Q。
[0027] (2)在t = 0，1，…，499時刻，首先重復(fù)#)Ν次，設(shè)置#二，對于1彡i彡N-1，設(shè)置 # ，并結(jié)合…，f 4十算子序列f，最后在長度為k的#,序列的kP個位置 隨機打孔，得到長度為k-kP的序列，托
?乍為t時刻發(fā)送的序列。 其中，計算按如下步驟進行：
[0028] (2a)對于將序列f >送入第（i，j)個交織器Π^，得到交織后的長度為k 的序列;
[0029] (213)計#，連加運算"Σ"按逐比特模2運算法則運算。
[0030] (3)在t = 500，501
，…，499+m時刻，設(shè)置H(t) =1循環(huán)步驟(2)，計算出2(t)，并把2(t) 的校驗部分作為t時刻的發(fā)送序列。
[0031] 仿真結(jié)果見圖2和圖3。從圖2可見，不同碼率的碼率兼容碼在低SNR區(qū)域，BER性能 曲線與不編碼基本一樣。從圖3可見，不同碼率的碼率兼容碼都在距離香農(nóng)限l.OdB以內(nèi)達 至lJl(T 5的誤比特率。隨著碼率的減少，碼的性能與香農(nóng)限的距離減少。
[0032] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸?shù)南到y(tǒng)編碼方法，其特征在于該方法包括以下步 驟： (1) 將長度為kL的信息序列H劃分為L個等長分組設(shè)置編碼記 憶長度m為大于或等于1的正整數(shù)，對于〖=-1，-2，一，-(111-1)，-111時刻，把長度為1^的序列# ) 初始化； (2) 在t = 0，l，"_，L-l時刻，首先重復(fù)H(t)N次，其中N為大于1的正整數(shù);設(shè)置gf =，，對 于1<1^^-1，設(shè)置#) = !^，然后結(jié)合;^'1，廣2),~,}^? )計算子序列€、最后勾成了碼字^的第t個子序列，其中，長度為k-kP的序列2^是 對長度為k的序列的kPf位置隨機打孔獲得； 其中，所述步驟⑵中計算# "心名漢按如下步驟進行： (2a)對于K j<m，將序列送入第(i，j)個交織器II1,」，得到交織后的長度為k的序 列 Iif.7' (2b)計〗連加運算" Σ "按逐比特模2運算法則運算。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸?shù)南到y(tǒng)編碼方法，其特征在 于:所述步驟⑵中，設(shè)置參數(shù)kP，當kP = 0時獲得的系統(tǒng)碼的碼率為當0<kp<k時獲得的 M 系統(tǒng)碼的碼23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸?shù)南到y(tǒng)編碼方法，其特征在 于:步驟(2a)中的交織器Π ^(0彡i彡N-I，0彡j彡m)是任意類型的交織器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸?shù)南到y(tǒng)編碼方法，其特征在 于:該編碼方法還包括以下步驟，所述的步驟(2)之后，在t = L，L+l，…，L+m-1時刻，設(shè)置H(t) =g，循環(huán)步驟(2)，計算出￡(t)，并把￡(t)的校驗部分作為t時刻的發(fā)送序列。
【文檔編號】H03M13/29GK105897279SQ201610190446
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】馬嘯, 黃科超, 王千帆
【申請人】中山大學(xué)